歐空局/美國宇航局的太陽軌道飛行器通過其迄今為止最接近太陽的新數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了有關(guān)太陽磁折返起源的引人注目的線索。這一發(fā)現(xiàn)指向了它們的物理形成機制可能有助于加速太陽風。

太陽軌道飛行器首次進行了與稱為太陽折返的磁現(xiàn)象相一致的遙感觀測–太陽風磁場的突然和大的偏轉(zhuǎn)。新的觀測結(jié)果提供了該結(jié)構(gòu)的全貌，證實其具有S形特征，正如預(yù)測的那樣。此外，太陽軌道器數(shù)據(jù)提供的全球視角表明，這些快速變化的磁場可能起源于太陽表面附近。

盡管一些航天器以前曾飛過這些令人困惑的區(qū)域，但原地數(shù)據(jù)只允許在一個單一的點和時間進行測量。因此，折返的結(jié)構(gòu)和形狀必須根據(jù)在一個點上測量的等離子體和磁場特性來推斷。

當?shù)聡兔绹暮绽硭?號和2號航天器在1970年代中期飛近太陽時，兩個探測器都記錄了太陽磁場的突然折返。這些神秘的折返總是突然的，而且總是暫時的。它們只持續(xù)了幾秒鐘到幾個小時，然后磁場又轉(zhuǎn)回了原來的方向。

20世紀90年代末，尤利西斯號探測器也在離太陽更遠的地方探測了這些磁結(jié)構(gòu)。尤利西斯號探測器大部分時間都在地球軌道之外運行，而不是地球軌道半徑的三分之一。

隨著美國宇航局的帕克太陽探測器在2018年的到來，它們的數(shù)量急劇上升。這清楚地表明，突然的磁折返在靠近太陽的地方更多，并導致人們認為它們是由磁場中的S形扭結(jié)造成的。這種令人費解的行為為該現(xiàn)象贏得了折返的名稱。對于這些現(xiàn)象如何形成，人們提出了一些想法。

2022年3月25日，太陽軌道飛行器距離近距離通過太陽僅有一天時間–使其進入水星的軌道–其Metis儀器正在采集數(shù)據(jù)。Metis擋住了來自太陽表面的強光，并拍攝了太陽外層大氣的照片，即所謂的日冕。日冕中的粒子是帶電的，并沿著太陽的磁場線進入太空。帶電粒子本身被稱為等離子體。

在UT20:39左右，Metis記錄了一張日冕的圖像，顯示出日冕等離子體中的一個扭曲的S形扭結(jié)。對意大利國家天體物理研究所–都靈天體物理觀測站的Daniele Telloni來說，它看起來很像一個太陽折返。

他將用可見光拍攝的Metis圖像與太陽軌道器的極紫外成像儀（EUI）同時拍攝的圖像相比較，發(fā)現(xiàn)候選的折返現(xiàn)象發(fā)生在一個被編為AR12972的活躍區(qū)域之上。活躍區(qū)與太陽黑子和磁力活動有關(guān)。對Metis數(shù)據(jù)的進一步分析表明，這個區(qū)域上方的等離子體的速度非常慢，這是一個尚未釋放其儲存能量的活躍區(qū)域所預(yù)期的。

Daniele立即認為這類似于美國亨茨維爾阿拉巴馬大學的Gary Zank教授提出的倒退的產(chǎn)生機制。該理論研究了太陽表面附近的不同磁區(qū)相互作用的方式。

在靠近太陽的地方，特別是在活動區(qū)域的上方，存在著開放和封閉的磁場線。閉合的磁場線是磁力的環(huán)狀物，在繞過太陽大氣層之前，拱起并消失在太陽中。在這些場線上方，很少有等離子體可以逃到太空中，因此太陽風的速度在這里往往是緩慢的。開放場線則相反，它們從太陽發(fā)出，與太陽系的行星際磁場相連。它們是磁力“公路”，等離子體可以沿著它自由流動，并產(chǎn)生了快速的太陽風。

Daniele 和 Gary 證明，當一個開放的場線區(qū)域和一個封閉的場線區(qū)域之間發(fā)生相互作用時，就會發(fā)生切換。當場線擠在一起時，它們可以重新連接成更穩(wěn)定的配置。就像抽打鞭子一樣，這會釋放出能量，并產(chǎn)生一個S形的擾動，進入太空，經(jīng)過的航天器會將其記錄為一個折返。

根據(jù)提出折返起源理論之一的 Gary Zank 的說法：“Daniele展示的第一張來自Metis的圖像幾乎立即向我暗示了我們在開發(fā)‘折返’的數(shù)學模型時繪制的卡通畫。當然，第一張圖片只是一個快照，我們不得不克制自己的熱情，直到我們利用Metis出色的覆蓋范圍來提取時間信息并對圖片本身進行更詳細的光譜分析。結(jié)果被證明是絕對壯觀的！”

他們與其他研究人員一起建立了一個行為的計算機模型，并發(fā)現(xiàn)他們的結(jié)果與Metis圖像有驚人的相似之處，特別是在他們包括計算該結(jié)構(gòu)在通過日冕向外傳播時如何拉長之后。

Daniele說“我想說的是，日冕中磁力折返的這張圖揭示了它們的起源之謎，”他的研究結(jié)果發(fā)表在《天體物理學雜志通訊》上。

在了解折返現(xiàn)象的過程中，太陽物理學家也可能朝著了解太陽風如何加速和加熱離開太陽的細節(jié)邁出了一步。這是因為當航天器飛過彎道時，它們經(jīng)常記錄到太陽風的局部加速。

Daniele說：“下一步是嘗試從統(tǒng)計學上將現(xiàn)場觀察到的折返點與它們在太陽上的源區(qū)聯(lián)系起來。換句話說，讓航天器飛過磁反轉(zhuǎn)，并能夠看到太陽表面發(fā)生了什么。這正是太陽軌道飛行器被設(shè)計來做的那種聯(lián)系科學，但這并不一定意味著太陽軌道飛行器需要飛過換向。它可能是另一個航天器，如帕克太陽探測器。只要原地數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)是同步的，Daniel就可以進行相關(guān)的工作?！?/p>

“這正是我們希望通過太陽軌道飛行器獲得的結(jié)果，”歐空局太陽軌道飛行器項目科學家Daniel Müller說。“每一個軌道，我們都會從我們的十個儀器套件中獲得更多的數(shù)據(jù)?；谶@樣的結(jié)果，我們將對太陽軌道器下一次與太陽相遇時的觀測計劃進行微調(diào)，以了解太陽與太陽系更廣泛的磁環(huán)境的連接方式。這是太陽軌道器第一次近距離通過太陽，所以我們期待著更多令人興奮的結(jié)果?！?/p>

太陽軌道器下一次接近太陽–再次在水星軌道內(nèi)，距離為地日距離的0.29倍–將于10月13日進行。本月早些時候，9月4日，太陽軌道飛行器在金星上進行了一次重力輔助飛行，以調(diào)整其圍繞太陽的軌道；隨后的金星飛行將開始提高航天器軌道的傾角，以進入太陽的高緯度–更多的極地區(qū)域。